天津泰达广场G&H项目空调系统设计

天津泰达广场G&H项目空调系统设计

詹桂娟１尧文林２

（1.天津市建筑设计院，天津300384；2.天津泰达发展有限公司，天津300457）

摘要：天津泰达广场G&H项目空调系统设计给出空调系统形式，对冰蓄冷变频主机及定频主机进行计算比较，指出变频冷机比定频冷机更具有优势。H2塔楼为节能示范楼，对H2塔楼的冷热源及空调系统进行了介绍。

关键词：冰蓄冷；变频冷机；节能

前言

G&H区是天津泰达现代服务产业区“MSD拓展区”其中两个紧临区域。北临发达街，南依第二大街，西至新城东路，东靠北海西路。G&H区的主要功能为办公、会议、银行、商业、培训、餐饮及配套服务设施。G区由两座19层塔楼、3层裙房和2层地下室组成，总建筑面积123836m2，其中地下建筑面积27898m2。H区由两座19层塔楼、一座6层塔楼、3层裙房和2层地下室组成，总建筑面积114899m2，其中地下建筑面积32328m2。图1为GH区效果图。

1空调系统设计

空调室内外设计参数如表1～2所示。

1.1冷源和热源

（1）空调冷源

空调冷源采用冰蓄冷技术。考虑到天津地区商业有峰谷电价差异，冰蓄冷系统能充分利用晚间低峰电价差，降低整体运行费用；同时降低制冷机组总装机容量。经综合经济技术比较，本次设计蓄冰量占全天总冷负荷30%左右，显著降低空调运行费用。

G地块集中设置一个制冷机房，负担办公区和商业空调（除会所外）冷负荷。制冷机房位于地下一层，蓄冰槽安装位置在地下二层。制冷机房内设4台850RT离心式双工况主机，1台400RT常规螺杆式制冷机组。联合供冷时总制冷量最大可达5900RT，设计总蓄冰量17664RTH。

冷冻水由蓄冰电制冷系统提供，双工况主机与蓄冰槽串联，作为板式换热器一次冷源；板换与常规主机并联，共同提供6/13℃空调冷冻水。

（2）热源系统

空调热水由市政高温热水换热后提供。市政热水参数110℃/70℃，经板式换热机组制备60℃/50℃热水供空调末端使用。热交换机房集中设在地下一层。热网供热时间为4个月，满足舒适度要求。

1.2空调风系统设计

（1）H1、H2及H3座办公区域采用风机盘管+集中新风的空调系统；新风机组集中设在屋顶及地下一层空调机房。机组内设置初中效两级空气过滤器（中效过滤级别达到F7）、转轮热回收装置、表冷器、加热器、加湿器、空气净化消毒装置、送风机等功能段。送风机变频驱动，根据办公区域设置的CO2浓度传感器控制每个楼层集中设置的新风VAV装置风量，进而根据新风总管压力控制送风机频率改变新风量，暂未租售使用的楼层可关闭新风VAV，以达到更佳的节能效果。

（2）G1、G2座办公区域采用可变风量（VAV）空调系统，以提高室内温湿度控制精度，并可通过分散设置的变风量末端装置（VAVBOX），满足不同区域用户的温度需求。内区采用单风道型VAVBOX，外区采用带热盘管的风机动力型变风量装置（FVAV）。内区常年供冷，外区夏季供冷，冬季供热。每层设空调机房，空调机组内设置初中效两级空气过滤器（中效过滤级别达到F7）、表冷器、加热器、空气净化消毒装置、送风机等功能段，送风机变频驱动。

（3）G1、G2座集中设置新风预处理机组（PAU），机组内设置初中效两级空气过滤器（中效过滤级别达到F7）、转轮热回收装置、表冷器、加热器、加湿器、空气净化消毒装置、送风机等功能段。送风机变频驱动，根据办公区域设置的CO2浓度传感器控制每个楼层集中设置的新风VAV装置风量，进而根据新风总管压力控制送风机频率改变新风量，暂未租售使用的楼层可关闭新风VAV，以达到更佳的节能效果。

另外，G1、G2座标准办公每层设独立的冬季外区新风系统，包括每层外区新风送风机、定风量阀及相应的送风管；经集中预处理后的新风通过垂直竖向风管送至每层楼面，而外区新风则由上述独立的新风送风系统，直接送至办公外区FVAV末端回风口，与室内回风混合、加热后送入办公外区，以避免外区新风进入楼层空调箱再加热，产生冷热抵消。所有办公区空调机组配有空气净化消毒装置，去除空气臭味。

（4）办公大堂采用全空气定风量空调系统，机组内设置初中效两级空气过滤器（中效过滤级别达到F7）、表冷器/加热器、加湿器、空气净化消毒装置送风机等功能段。冬季配合地板采暖系统，达到更好的供热效果。

1.3空调水系统设计

（1）工程制冷系统同时负担5栋办公塔楼及裙房空调，水系统各回路之间阻力损失相差较大，故冷冻水采用一次泵定流量，二次泵变流量系统，供回水温度为6/13℃。一次水泵负责机房内回路循环，定流量运行；按不同回路的冷负荷及扬程需求配置二次变频水泵。通过机房群控系统，控制冷机组、冷却塔、冷冻/冷却水泵的运行台数、制冷主机出力、双工况主机运行模式、融冰速度等，以保证制冷系统经常处于高效能状态下运作，达到节省能源的效益。

（2）空调热水由市政热网经板式换热机组提供，供回水温度为60℃/50℃。

（3）H1、H2、H3塔楼标准办公区水系统采用分区两管制，分内外区设置用户回路。外区夏季供冷，冬季供热；内区常年供冷。夏季及过渡季节由制冷系统提供内区冷冻水，冬季以冷却塔及板式热交换器作为冷源制备内区冷水。

（4）G1、G2塔楼标准办公区水系统采用四管制，配合可变风量（VAV）全空气空调系统，实现外区夏季供冷、冬季供热。

（5）裙房夏季除会所外，其他商业区域纳入中央制冷系统；冬季，所有商业包括会所供热均由中央热交换机房。裙房水系统分区两管制水系统，外区夏季供冷，冬季供热；内区常年供冷。夏季及过渡季节由制冷系统提供内区冷冻水，冬季以冷却塔及板式热交换器作为冷源制备内区冷水。

（6）空调水系统为闭式循环系统，定压及膨胀采用定压补水机组。

（7）为满足租户服务器房空调的需求，在每栋塔楼屋顶设置闭式冷却塔，为塔楼总部机房、银行服务器机房、租户服务器机房空调预留24小时冷却水。

（8）办公塔楼每栋楼设独立的冷冻水二次变频泵，及独立的空调热水变频泵，泵后设能量计量表，并纳入BA系统。

（9）商业分G地块和H地块设独立的冷冻水二次变频泵，及独立的空调热水变频泵。在接入每个商业租户的水管上设能量计量表，并纳入BA系统。

（10）冷冻水二次泵及热水二次泵均采用变频调节的变流量控制，以节省空调冷热水日常运行的输送能耗－设计工况配电功率降低21%，平均节能14.3%；年节省电费80万元，折合标准煤96吨。

2空调设备选型分析计算

天津泰达现代服务产业区（MSD）－泰达广场G&H项目采用双工况变频主机，比定频主机约节能13%，以设计日100%工况为参照，变频机组节约运行费用5394元/日，以设计日75%工况为参照，变频机组节约运行费用4249元/日，年节省电费40万元。下面列举100%工况时的具体计算内容，见表3、表4。

3H2节能示范塔楼设计

本工程H2塔楼，共9层，为绿建示范楼，采用多项先进技术，如地源热泵、热泵式热回收溶液除湿机组、地板送风、毛细管辐射空调系统等，大幅度节约能源及运行费用。H2绿建楼实现：中国绿色建筑标准—三星、美国绿色建筑标准LEED—GOLD、英国绿色建筑标准BREEAM—VERYGOOD、日本绿色建筑标准CASBEE—S级。

3.1冷热源

H2楼位于泰达广场GH区内，GH区原本存在集中的冷热源供应站房，冷源由水冷冷水制冷机组及冰蓄冷系统联合提供，热源由市政高温热水经换热机组后提供。本次设计结合H2低碳示范楼的节能减碳要求，为H2楼空调系统进行了专门的方案比选。

通过经济技术比较，本设计为H2楼专门设置地源热泵系统，夏季负担3～9层空调室内显热负荷，配合温湿度独立控制的空调系统，得以提高冷冻循环水供回水温度（15/20℃），进而显著提高地源热泵机组的COP；冬季负担H2楼所有（除3～9层新风）热负荷，利用地源热泵冬季能耗低的优势，降低H2楼整体冬季空调运行能耗。

地源热泵机组同时也作为太阳能生活热水系统的辅助加热系统，大大减少电能的消耗。尤其当夏季太阳能热水负荷需求不大时，仅运行1台地源热泵机组，一边制冷，同时利用机组的部分热回收功能制取热水，供生活热水使用，如此运行既对热泵机组效率影响较小，又满足了生活热水系统的需求，达到了最佳的节能运行效果。本工程进行了全年土壤热平衡计算。

3.2温湿度独立控制的空调系统

通过经济技术比较，本设计在H2楼的主体建筑，即3～9层办公与展厅区域，采用温湿度独立控制的空调系统。由于系统末端夏季干工况运行，系统冷冻水运行温度得以大幅度提高，主机COP也随之显著提高，系统整体运行能耗优于传统的冷水机组+锅炉或市政热水系统。

温湿度独立控制系统包含以下三项关键技术特点。

（1）由热泵型（带热回收）溶液调湿新风机组，承担服务区域冬、夏两季全部新风负荷以及夏季室内湿负荷，并控制室内湿度；（2）空调末端夏季夏季处于干工况运行状态，负担室内显热负荷；冬季负担室内热负荷，专门控制室内温度；（3）作为空调末端干工况运行的必要条件，夏季须为系统提供高温冷冻水，供水温度须高于室内设计状态的露点温度，这一特点对于提高制冷机组COP十分有利。

综合冷热源及末端空调系统，经初步计算，就空调整体能耗而言，地源热泵与温湿度独立控制的空调系统的组合，其全年能耗比之传统冷水机组+电锅炉节能电能约23.5%，比之传统冷水机组+市政热水，节电约11.6%。

3.3新排风热交换及新风需求控制

（1）溶液调湿新风处理机组内办公区排风与新风经全热交换后排出，有效减小新风处理能耗。热交换效率达到60%以上。

（2）办公及商业均设置CO2检测功能，新风机电机变频驱动，根室内CO2浓度调节电机频率、改变新风量。在满足舒适性标准前提下，减少新风能耗。

3.4过渡季节增大通风措施

本设计为办公及展厅区域过渡季节消除室内冷负荷，同时提供开窗自然通风的设施；以及利用新、排风系统实现机械通风两种途径。当受风雨、尘埃影响不适宜开窗通风时，通过加大风量的新、排风系统实现机械通风，减少过渡季开启制冷机的时间。

3.5裙房冷冻水系统

裙房冷冻水系统由GH区中央制冷站房内H区商业冷冻水二次变频泵组提供，变流量运行，并采用7℃的大温差，减少这部分冷冻水的输送能耗和管材耗量。

3.6租户24小时冷却水系统

提供给办公区租户和银行服务器机房的24小时闭式冷却水系统采用变流量系统，可根据实际租售情况弹性调节及控制冷却水流量，避免“大马拉小车”现象，达到节能目的。

3.7地下车库通风系统

地下车库设诱导风机，减小风管延伸长度，降低排风机静压；排风机采用双速风机，根据排风口处的CO浓度控制风机风速，实现节能运行。由诱导风机+CO浓度控制的车库排风系统，比之传统车库排风系统全年可节约电能约30%。

3.8设备机房通风采用温度控制，实现间歇运行，比之连续运行的通风机全年节约电能约30%。

3.9中央空调系统设置自动控制系统，实现智能化运行，有效监控空调系统运行能耗。

4结语

（1）冰蓄冷中变频冷机比定频冷机更具有优势，且随着变频技术的发展，价格的下降，变频主机性价比更优。

（2）H2塔楼冷热源采用了高温水地源热泵机组，采用温湿分控技术，大大提高了冷机的COP值，既节能又提高了舒适度。

参考文献：

[1]周瑾，刘毅，唐振中．离心式冷水机组主机变频的节能性研究－2010年上海世博会主题馆空调冷水机组设计研究[J]．制冷技术，2010（S1）